4.4. Потери мощности и кпд трансформаторов
При трансформации электрической энергии в трансформаторе возникают потери мощности
P = P1 – P2, (4.8)
где Р1 = U1 I1 cos1- мощность, подводимая к трансформатору;
Р2 = U2 I2 cos 2
Потерь мощности состоят из потерь в стальном сердечнике Рсти потерь на нагрев обмотокРм. Последние является переменными потерями, поскольку зависят от нагрузки, и определяются:
Pм= Рм1 + Рм2 = R1 I2 + R2 I2, (4.9)
где R1иR2активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.
КПД трансформатора
(4.10)
и составляет для мощных трансформаторов 98 - 99%.
4.5. Режим холостого хода трансформатора
Это такой режим при котором к первичной обмотке трансформатора подведено напряжение сети, а вторичная обмотка разомкнута.
Поскольку вторичная обмотка разомкнута, то ток в ней отсутствует. Ток первичной обмотки будет равен току холостого хода I1=I0, которые составляет2-10%от номинального тока первичной обмотки для силовых трансформаторов. Причем, чем больше мощность трансформатора, ток меньше ток холостого тока.
Вследствие малости тока I1можно считать, что
U1 E1(4.11)
Учтивая, что в режиме холостого хода U20=Е2коэффициент трансформации трансформатора можно определить как
(4.12)
Определив потери на нагрей первичной обмотки по формуле
Pм1 = I2o1 R1, (4.13)
можно найти потери в стали сердечника
Рст = Р1 – Рм1(4.14)
При проведении опыта холостого хода к первичной обмотке подводят напряжение, которое постепенно повышают от 0доI,I Uн1При этом снимают показания приборов, а затем строят характеристики холостого хода, представляющие собой зависимости токаI0мощностиР0и коэффициента мощностиcos от напряженияU1Построенные характеристики используются для определения значения токаI0и мощностиР0соответствующих номинальному напряжениюU1H.
4.6. Режим короткого замыкания
Различают короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации и сопровождающиеся всплесками тока или разрушением обмоток трансформатора, и опыт короткого замыкания, проводимый для определения параметров короткого замыкания.
При опыте короткого замыкания вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, повышая его от нуля до некоторого значения UK, при котором токи короткого замыкания равны номинальным токам. В этом случае снимают показания приборов и строят характеристики короткого замыкания:
I1K = f (UK), cos K = f (UK), PK = f (UK).
Где I1Kток короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора;
Рк- мощность потерь короткого замыкания при номинальных токах в обмоткам.
Напряжение короткого замыкания UKобычно выражается в процентах от номинального напряжения первичной обмоткиU1H
(4.15)
и составляет 2 8 % отU1H.
На рис. 4.3 приведена упрощенная схема замещения трансформатора iрежиме короткого замыкания. Величины сопротивленийRK
Рис. 4.3. Схема замещения трансформатора при коротком замыкания
ХK,ZKназывают параметрами короткого замыкания. Их значения определяют из опыта короткого замыкания, При номинальных токах в обмотках измеряют токI1K, напряжениеUKи мощностьРKи рассчитывают значения
(4.16)
4.7. Работа трансформатора под нагрузкой
В режиме нагрузки первичная обмотка трансформатора включена на номинальное первичное напряжение, а ко вторичной обмотке подключен приемник (см рис.4.4). В этом случае можно выделить три потока: основной поток Ф, сцепленный с первичной и вторичной обмотками, поток рассеяния первичной обмоткиФроc1и поток вторичной обмоткиФрoс2.
Рис. 4.4. Электромагнитная схема
Работа трансформатора под нагрузкой подчиняется тем же закономерностям, что и работа в режимах холостого хода и короткого замыкания. Эта закономерности выражаются в форме уравнений напряжения, э.д.с. и намагничивающих сил, или могут быть изображены с помощью векторных диаграмм.
Нагрузочный режим позволит построить внешние характеристики и определить КПД() трансформатора. С увеличением нагрузки изменяется напряжение на вторичной обмотке. Зависимость этого напряжения от нагрузки выражается графически внешними характеристиками трансформатораU2=f(I2). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и от величины коэффициента мощностиcos 2. При активной и активно-индуктивной нагрузках внешние характеристики имеют падающий вид, при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис.4.5).
Рис. 4.5 Внешняя характеристика (а) и график зависимости КПД трансформатора от нагрузки (б)